JP6657838B2 - 長尺材測位支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、長尺材の位置の計測を支援する長尺材測位支援装置に関する。

従来、工事現場では、トータルステーションによって杭、柱等の位置の三次元座標の計測が行われている（例えば、特許文献１）。

特開平１１−３２５８８４号公報

ところが、トータルステーションを用いる方法では、杭や柱等が施工された工事現場において計測作業を行わなければならかった。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。本発明が解決しようとする課題は、実際の工事現場において計測作業を行わずとも、杭や柱等の長尺材の位置を計測できるようにすることである。

上記課題を解決するために、本発明の長尺材測位支援装置は、工事現場を点群により表すとともに長尺材端部の点群を含んだ工事現場点群モデルと長尺材モデルとを記憶した記憶部から前記工事現場点群モデルを読み込む読込手段と、前記読込手段によって読み込んだ工事現場点群モデルから前記長尺材端部の点群を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出した前記長尺材端部の点群のＸ座標の平均値及びＹ座標の平均値を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、長尺材測位支援装置の読込手段、抽出手段及び算出手段の処理によって長尺材端部の点群のＸ座標の平均値及びＹ座標の平均値が算出され、Ｘ座標の平均値及びＹ座標の平均値が長尺材の端面の水平位置に相当するので、実際の工事現場で長尺材の位置の計測を行わずとも、長尺材の水平位置を計測することができる。

図１は、長尺材測位支援装置のブロック図である。 図２は、設計構造物モデルを構成する構成要素モデルのデータ構成を示した図面である。 図３は、仮想三次元空間にモデリングされた杭モデルを示した図面である。 図４は、仮想三次元空間にモデリングされた柱モデルを示した図面である。 図５は、工事現場点群モデルのデータ構成を示した図面である。 図６は、仮想三次元空間にモデリングされた工事現場点群モデルを示した図面である。 図７は、工事現場点群モデルに含まれる杭頭部の点群を示した図面である。 図８は、工事現場点群モデルに含まれる杭頭部の点群を示した図面である。 図９は、仮想三次元空間にモデリングされた工事現場点群モデルを示した図面である。 図１０は、工事現場点群モデルに含まれる柱頭部の点群を示した図面である。 図１１は、工事現場点群モデルに含まれる柱頭部の点群を示した図面である。 図１２は、プログラムに従ったコンピュータの処理の流れを示したフローチャートである。 図１３は、プログラムに従ったコンピュータの処理の流れを示したフローチャートである。 図１４は、プログラムに従ったコンピュータの処理の流れを示したフローチャートである。 図１５は、杭の頭頂面を構成する点を抽出する方法を説明するための図面である。 図１６は、コンピュータによって生成された補正後内径、補正後外径及びＺ座標の平均値のデータ列を示した図面である。 図１７は、プログラムに従ったコンピュータの処理の流れを示したフローチャートである。 図１８は、プログラムに従ったコンピュータの処理の流れを示したフローチャートである。 図１９は、プログラムに従ったコンピュータの処理の流れを示したフローチャートである。 図２０は、柱頭部の点群及び矩形領域を示した図面である。 図２１は、コンピュータによって生成されたＺ座標の平均値及び回転角のデータ列を示した図面である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているので、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

１． 長尺材測位支援装置
図１に示すように、長尺材測位支援装置１０は、鉛直部材としての杭及び柱の位置の計測を支援するための装置である。長尺材測位支援装置１０は、プログラム８０がインストールされたデスクトップ型、ノートブック型又はタブレット型のパーソナルコンピュータである。図１に示すように、長尺材測位支援装置１０は演算処理装置１１、入力部１２、表示部１３及び記憶部１４等を備える。

演算処理装置１１は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードウェアインタフェース等を有するコンピュータである。
入力部１２は、スイッチ、キーボード、ポインティングデバイス等の入力装置である。この入力部１２は、操作されることによって操作内容に応じた信号を演算処理装置１１に出力する。演算処理装置１１は、入力部１２から入力した信号に従った演算処理を行う。
表示部１３は、画面表示を行うディスプレイ装置である。演算処理装置１１が演算処理によりビデオ信号を生成し、そのビデオ信号を表示部１３に出力するので、この表示部１３がそのビデオ信号に従った表示を行う。

記憶部１４は、半導体メモリ又はハードディスクドライブ等からなる記憶装置である。記憶部１４には、演算処理装置１１によって実行可能なプログラム８０が格納されている。

記憶部１４には、ＢＩＭ（Building Information Modeling：ビルディング インフォメーション モデリング）を実現する設計用ソフトウェアによって作成された設計構造物モデル２０が記憶されている。設計構造物モデル２０は複数の構成要素モデル２１の集合体である。構成要素モデル２１は、設計された構造物（例えば建物、橋梁等）の構成要素（例えば杭、柱、梁、基礎、スラブ、壁等）をモデリングしたものである。図２に示すように、構成要素モデル２１は、構成要素モデル２１を識別するために一意的な要素識別子（要素ＩＤ）２２と、構成要素モデル２１の三次元形状を定義する三次元形状情報２３と、三次元形状情報２３によって定義された構成要素モデル２１の三次元形状の仮想三次元空間内における位置を定義する位置情報２４と、を有する。

三次元形状情報２３及び位置情報２４が要素識別子２２に対応付けられた状態で記憶部１４に記録されている。三次元形状情報２３では構成要素モデル２１の三次元形状がローカル座標系で表されており、位置情報２４では構成要素モデル２１の位置及び向きがワールド座標系で表されている。

演算処理装置１１は、プログラム８０による座標演算機能によって、設計構造物モデル２０の各構成要素モデル２１を仮想三次元空間にモデリングすることができる。つまり、構成要素モデル２１の三次元形状は、プログラム８０を実行する演算処理装置１１によって、三次元形状情報２３に従ってローカル座標系の空間に配される。更に、その構成要素モデル２１の三次元形状は、プログラム８０を実行する演算処理装置１１により、位置情報２４に従ってローカル座標系からワールド座標系に座標変換されることによって、ワールド座標系の仮想三次元空間に配される。ここで、ローカル座標系のｘ座標軸、ｙ座標軸及びｚ座標軸は互いに直交し、ワールド座標系のＸ座標軸、Ｙ座標軸及びＺ座標軸は互いに直交する。

図３は、設計構造物モデル２０の構成要素モデル２１のうち杭モデル２１Ａを模式的に示したものである。この杭モデル２１Ａは円筒状の杭（例えばＰＨＣ杭）をモデリングしたものであり、杭モデル２１Ａの三次元形状情報２３には少なくとも外径情報（外周面の半径の値）、内径情報（内周面の半径の値）及び長さ情報（頭頂面から下端面までの長さの値）が含まれている。そして、円筒状の杭モデル２１Ａが外径情報、内径情報及び長さ情報に従ってローカル座標系の空間に配され、その杭モデル２１Ａが位置情報２４に基づいてワールド座標系の仮想三次元空間に配される。なお、特に断りのない限り、径とは半径のことをいう。

図４は、設計構造物モデル２０の構成要素モデル２１のうち柱モデル２１Ｂを模式的に示したものである。この柱モデル２１Ｂは矩形柱状（例えば正方形柱状）の柱をモデリングしたものであり、柱モデル２１Ｂの三次元形状情報２３には少なくとも辺長情報（頭頂面や下端面における各頂点の座標及びそれら座標から求まる頂点間の距離）及び長さ情報（頭頂面から下端面までの距離）が含まれている。そして、矩形柱状の柱モデル２１Ｂが辺長情報及び長さ情報に従ってローカル座標系の空間に配され、その柱モデル２１Ｂが位置情報２４に従ってワールド座標系の仮想三次元空間に配される。なお、柱モデル２１Ｂの頭頂面は、その頭頂面の中心に関して点対称な形状である。

図１に示すように、記憶部１４には、工事中の実際の工事現場を点群（point cloud）でモデリングした三次元の工事現場点群モデル３０，４０が記憶されている。
工事現場点群モデル３０，４０は、仮想三次元空間に配置される複数の点の集合体である。より具体的には、図５に示すように、工事現場点群モデル３０，４０の各点の情報は、点を識別するために一意的な識別子と、仮想三次元空間での点の位置を表す三次元座標値と、点の濃淡を表すデータ値（例えば、赤（Ｒ）の階調値、緑（Ｇ）の階調値、青（Ｂ）の階調値）とから構成されている。三次元座標値及びデータ値が識別子に対応付けられた状態で記憶部１４に記憶されている。なお、図５では、工事現場点群モデル３０，４０がフルカラーのモデルを例にしているので、データ値が三原色（ＲＧＢ）の階調値からなるが、工事現場点群モデル３０，４０が単色スケール（グレースケール）のモデルである場合、データ値が一色の階調値からなり、工事現場点群モデル３０，４０が二値（モノクロ）のモデルである場合、工事現場点群モデル３０，４０にはデータ値が含まれない。

工事現場点群モデル３０，４０は、実際の工事現場を上空から測量装置によって測量することによって作成されたものである。測量装置は例えばレーザースキャナ等を用いて工事現場を走査することによって工事現場の地面上の各点の位置、構造物の各種の構成要素（杭、柱、梁、基礎、スラブ、壁等）の表面上の各点の位置を計測する走査型表面計測装置である。

工事の進行に伴って工事現場点群モデル３０，４０が作成されて記憶部１４に蓄積される。そのため、記憶部１４に記憶された複数の工事現場点群モデル３０，４０は作成時刻が異なる。具体的には、工事現場点群モデル３０は、実際の工事現場に円筒状の杭が構築された段階で作成されたものであり、工事現場点群モデル４０は、実際の工事現場に矩形柱状（例えば正方形柱状）の柱が建て込まれた段階で作成されたものである。実際の工事現場の柱の頭頂面は、その頭頂面の中心（頭頂面と柱芯との交点）に関して点対称な形状である。

演算処理装置１１は、プログラム８０による機能によって、工事現場点群モデル３０，４０を仮想三次元空間にモデリングすることができる。そして、演算処理装置１１は、プログラム８０による機能によって、モデリングした工事現場点群モデル３０，４０を表示部１３に表示することができる。表示部１３に表示される工事現場点群モデル３０，４０について、図６〜図１１を参照して説明する。図６は工事現場点群モデル３０の平面図である。図７は図６に示すVII部の斜視図であり、図８はそのVII部の側面図である。図９は工事現場点群モデル４０の平面図である。図１０は図９に示すX部の斜視図であり、図１１はそのX部の側面図である。

実際の工事現場の鉛直方向が工事現場点群モデル３０，４０のＺ座標軸に相当するように、また工事現場の水平面が工事現場点群モデル３０，４０のＸ座標軸及びＹ座標軸によって定義されるＸＹ平面に相当するように、工事現場点群モデル３０、４０のＸ座標軸、Ｙ座標軸及びＺ座標軸が定義されている。工事現場点群モデル３０，４０のＸ座標軸、Ｙ座標及びＺ座標軸は互いに直交する。

工事現場点群モデル３０は杭が構築された段階で作成されたものであるから、図６〜図８に示すように、工事現場点群モデル３０には杭頭部の点群３１が含まれている。また、工事現場の杭はその頭頂部が地面から突出した状態に施工されるので、図８に示すように杭頭部の点群３１のＺ座標は地面の点群３２のＺ座標よりも大きい。

工事現場点群モデル４０は柱が構築された段階で作成されたものであるから、図９〜図１１に示すように、工事現場点群モデル４０には柱頭部の点群４１が含まれている。工事現場の柱が立設されたものであり、柱頭部が他のもの（例えば、地面、基礎、スラブ、壁等）よりも高い位置にあるので、柱頭部の点群４１のＺ座標は工事現場点群モデル４０に含まれる他の点群のＺ座標よりも大きい。

２． 杭の測位方法
図１２〜図１４に示すフローチャートを参照して、長尺材測位支援装置１０を用いて杭の位置を計測する方法について説明する。ここで、図１３に示すフローチャートは図１２に示すステップＳ１のサブルーチンの処理の流れを示し、図１４に示すフローチャートは図１２に示すステップＳ３のサブルーチンの処理の流れを示す。なお、以下に説明する演算処理装置１１の処理及び機能はプログラム８０によって実現される。

２−１． ステップＳ１：杭頭部の点群の抽出
プログラム８０が演算処理装置１１によって実行されると、まず、演算処理装置１１は、記憶部１４から工事現場点群モデル３０を読み込む。そして、演算処理装置１１は、工事現場点群モデル３０の中から何れか一つの杭頭部の点群３１を検索して抽出する。具体的には、以下のようにして杭頭部の点群３１を抽出する。

図１３に示すように、演算処理装置１１は、記憶部１４から、杭モデル２１Ａの三次元形状情報２３及び位置情報２４を読み込む（ステップＳ１１）。
次に、演算処理装置１１は、読み込んだ三次元形状情報２３及び位置情報２４に基づいて、仮想三次元空間のうち杭モデル２１Ａの頭部を含む領域をＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標の範囲により指定する（ステップＳ１２）。以下、この領域を指定領域といい、その指定領域の一例を図８に示す（領域３３が指定領域に相当する）。なお、ユーザが入力部１２を操作することによってＸＹＺ座標の範囲を入力し、演算処理装置１１がその操作内容に従って指定領域を設定してもよい。
次に、演算処理装置１１は、工事現場点群モデル３０の各点のＸＹＺ座標と指定領域のＸＹＺ座標の範囲とを対比することによって、工事現場点群モデル３０の各点のうち指定領域内に配される点を抽出する（ステップＳ１３）。これらの点の集合体が杭頭部の点群３１に相当する。

２−２． ステップＳ２：ＸＹ座標の平均値の算出
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ１で抽出した杭頭部の点群３１のＸ座標の平均値と、Ｙ座標の平均値とを算出する。ここで、工事現場点群モデル３０が実際の工事現場を点群で表したものであるので、杭頭部の点群３１のＸＹ座標の平均値は実際の杭芯の水平方向の位置に相当する。
以下では、このように算出された杭頭部の点群３１のＸ座標の平均値及びＹ座標の平均値をそれぞれ中心点Ｘ座標及び中心点Ｙ座標といい、中心点Ｘ座標及び中心点Ｙ座標によって定義される点を特定中心点という。図１５は杭頭部の点群３１の平面図であり、図１５に示す点３４が特定中心点の一例である。

２−３． ステップＳ３：頭頂面の点群の抽出
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ１で抽出した杭頭部の点群３１の中から、杭の頭頂面を構成する点群（以下、頭頂面点群という）を抽出する。具体的には、以下のようにして頭頂面点群を抽出する。

まず、図１４に示すように、演算処理装置１１は、記憶部１４から、杭モデル２１Ａの三次元形状情報２３（特に内径情報及び外径情報）を読み込む（ステップＳ２１）。
次に、演算処理装置１１は、径の補正値α（但し、αは変数である）として初期値α0（具体的には、α0＝０）を設定する（ステップＳ２２）。

次に、演算処理装置１１は、ステップＳ２１で読み込んだ内径情報の値に補正値αを加算するとともに、ステップＳ２１で読み込んだ外径情報の値から補正値αを減算する（ステップＳ２３）。以下、内径情報の値に補正値αを加算することで得られる値を補正後内径といい、外径情報の値から補正値αを減算することで得られる値を補正後外径という。また、ステップＳ２で求めた特定中心点を中心とし、補正後内径を半径とした円を内周円といい、ステップＳ２で求めた特定中心点を中心とし、補正後外径を半径とした円を外周円といい、それら内周円と外周円との間の領域をリング状領域という。ここで、図１５に示す円３５が内周円の一例であり、図１５に示す円３６が外周円の一例であり、それら円３５と円３６の間の領域３７がリング状領域の一例である。なお、内周円上の各点及び外周円上の各点はＸＹ座標によって表される。

次に、演算処理装置１１は、ステップＳ１で抽出した杭頭部の点群３１の中からリング状領域に含まれる点を抽出する（ステップＳ２４）。具体的には、演算処理装置１１は、ステップＳ２で求めた特定中心点からステップＳ１で抽出した杭頭部の点群３１の各点までの、ＸＹ平面に沿う距離を算出し（この際、Ｚ座標は捨象する）、算出した距離が補正後内径以上となり且つ補正後外径以下となる点を抽出する。

次に、演算処理装置１１は、ステップＳ２４で抽出した点のＺ座標の平均値を算出する（ステップＳ２５）。
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ２３で算出した補正後内径及び補正後外径と、ステップＳ２５で算出したＺ座標の平均値とを対応付けて記憶する（ステップＳ２６）。

次に、演算処理装置１１は、補正値αに所定の変量Δα（但しΔα＞０であり、例えばΔα＝１である）を加算することによって補正値αを更新し（ステップＳ２７）、更新後の補正値αを所定閾値γ（但し、γ＞Δα、γ＞α0）と比較する（ステップＳ２８）。その比較の結果、更新後の補正値αが所定閾値γ以下である場合（ステップＳ２８：ＮＯ）、演算処理装置１１の処理がステップＳ２３に戻って、演算処理装置１１が更新後の補正値αに関して同様にステップＳ２３〜Ｓ２７を行う。こうして、演算処理装置１１は、更新後の補正値αが所定閾値γを超えるまで（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、上述のステップＳ２３〜Ｓ２８の処理を繰り返し実行する。ここで、ステップＳ２３〜Ｓ２８の処理が繰り返されることによって、補正値αが段階的に増大するので（ステップＳ２７）、内周円（図１５に示す円３５）が段階的に大径化し、外周円（図１５に示す円３６）が段階的に小径化し、リング状領域（図１５に示す領域３７）が段階的に狭小化する。

ステップＳ２３〜Ｓ２８の処理が繰り返し実行されることによって、補正後内径及び補正後外径のデータ列と、補正後内径及び補正後外径に対応付けられたＺ座標の平均値のデータ列とが図１６に示すように生成される。そして、演算処理装置１１は、Ｚ座標の平均値のデータ列の中から最大値（極大値）を特定し、その最大値に対応付けられた補正後内径及び補正後外径を特定する（ステップＳ２９）。以下、このように特定された補正後内径及び補正後外径をそれぞれ特定内径及び特定外径という。また、ステップＳ２で求めた特定中心点を中心とし、特定内径を半径とした円を特定内周円といい、ステップＳ２で求めた特定中心点を中心とし、特定外径を半径とした円を特定外周円といい、それら特定内周円と特定外周円との間の領域を特定リング状領域という。なお、特定内周円上の各点及び特定外周円上の各点はＸＹ座標によって表される。

次に、演算処理装置１１は、ステップＳ１で抽出した杭頭部の点群３１の中から、特定リング状領域に含まれる複数の点を抽出する（ステップＳ３０）。具体的には、演算処理装置１１は、ステップＳ２で求めた特定中心点からステップＳ１で抽出した杭頭部の点群３１の各点までの、ＸＹ平面に沿う距離を算出し（この際、Ｚ座標は捨象する）、算出した距離が特定内径以上となり且つ特定外径以下となる点を抽出する。このように抽出された点の集合体は、頭頂面点群に相当する。
ここで、杭頭部の点群３１のうち杭の頭頂面近傍にある点は、杭の外周面や内周面に近づくほどＺ座標が小さくなる傾向にある。そのため、外周面や内周面に近い点を除外すべく、上記ステップＳ２１〜Ｓ３０の処理によって、特定リング状領域に含まれる点を頭頂面点群として抽出する。

２−４． ステップＳ４：頭頂面の点群のＺ座標の平均値の算出
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ３で抽出した頭頂面点群のＺ座標の平均値を算出する。つまり、演算処理装置１１は、ステップＳ３０で抽出した点の集合体のＺ座標の平均値を算出する。ここで、工事現場点群モデル３０が実際の工事現場を点群で表したものであるので、杭頭部の点群３１のうち頭頂面点群のＺ座標の平均値は、実際の工事現場における杭の頭頂面の鉛直方向の位置に相当する。

２−５． ステップＳ５：記録及び表示
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ２で算出した杭頭部の点群３１のＸ座標の平均値（中心点Ｘ座標）と、ステップＳ２で算出した杭頭部の点群３１のＹ座標の平均値（中心点Ｙ座標）と、ステップＳ４で算出した頭頂面点群のＺ座標の平均値とを対応付けて、これら平均値を記憶部１４に記録する。更に、演算処理装置１１は、これらＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標の平均値を表示部１３に表示させる。よって、ユーザは、表示部１３に表示されたＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標の平均値を認識して取得することによって、杭の頭頂面の鉛直方向の位置及び水平方向の位置を計測することができる。

２−６． 別の杭の測位
工事現場点群モデル３０に含まれる他の杭頭部の点群３１に対しても同様にして、上述のステップＳ１〜Ｓ５の処理を実行する。

３． 柱の測位方法
図１７〜図１９に示すフローチャートを参照して、長尺材測位支援装置１０を用いて柱の位置を計測する方法について説明する。ここで、図１８に示すフローチャートは図１７に示すステップＳ５１のサブルーチンの処理の流れを示し、図１９に示すフローチャートは図１７に示すステップＳ５３のサブルーチンの処理の流れを示す。なお、以下に説明する演算処理装置１１の処理及び機能はプログラム８０によって実現される。

３−１． ステップＳ５１：柱頭部の点群の抽出
プログラム８０が演算処理装置１１によって実行されると、まず、演算処理装置１１は、記憶部１４から工事現場点群モデル４０を読み込む。そして、演算処理装置１１は、工事現場点群モデル４０の中から何れか一つの柱頭部の点群４１を検索して抽出する。具体的には、以下のようにして柱頭部の点群４１を抽出する。

図１８に示すように、演算処理装置１１は、記憶部１４から、柱モデル２１Ｂの三次元形状情報２３及び位置情報２４を読み込む（ステップＳ６１）。
次に、演算処理装置１１は、読み込んだ三次元形状情報２３及び位置情報２４に基づいて、仮想三次元空間のうち柱モデル２１Ｂの頭部を含む領域をＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標の範囲により指定する（ステップＳ６２）。以下、この領域を指定領域といい、その指定領域の一例を図１１に示すが、図１１に示す領域４３が指定領域に相当する。なお、ユーザが入力部１２を操作することによってＸＹＺ座標の範囲を入力し、演算処理装置１１がその操作内容に従って指定領域を設定してもよい。
次に、演算処理装置１１は、工事現場点群モデル４０の各点のＸＹＺ座標と指定領域のＸＹＺ座標の範囲とを対比することによって、工事現場点群モデル４０の各点のうち指定領域内に配される点を抽出する（ステップＳ６３）。これらの点の集合体が柱頭部の点群４１に相当する。

３−２． ステップＳ５２：ＸＹ座標の平均値の算出
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ５１で抽出した柱頭部の点群４１のＸ座標の平均値と、Ｙ座標の平均値とを算出する。ここで、工事現場点群モデル４０が実際の工事現場を点群で表したものであるので、柱頭部の点群４１のＸＹ座標の平均値は実際の柱芯の水平方向の位置に相当する。
以下では、このように算出された柱頭部の点群４１のＸ座標の平均値及びＹ座標の平均値をそれぞれ中心点Ｘ座標及び中心点Ｙ座標といい、中心点Ｘ座標及び中心点Ｙ座標によって定義される点を特定中心点という。図２０は柱頭部の点群４１の平面図であり、図２０に示す点４４が特定中心点の一例である。

３−３． ステップＳ５３：Ｚ座標の最大平均値の特定及びその回転角の特定
次に、演算処理装置１１は、図２０に示す矩形領域４５を回転させつつ、各回転角における矩形領域４５内の点のＺ座標の平均値を算出することによって、Ｚ座標の平均値のデータ列を生成し、そのデータ列の中から最大平均値を特定し、その最大平均値に対応する回転角を特定する。具体的には、以下のようにして最大平均値及びそれに対応する回転角を特定する。

まず、図１９に示すように、演算処理装置１１は、記憶部１４から、柱モデル２１Ｂの三次元形状情報２３（特に辺長情報）を読み込む（ステップＳ７１）。
次に、演算処理装置１１は、辺長の補正値β（但し、βは正若しくは負の所定定数であるか、ゼロである）を設定して、ステップＳ７１で読み込んだ辺長情報の値に補正値βを加算して、ＸＹ平面に平行な矩形領域を仮想三次元空間に設定する（ステップＳ７２）。ここで、矩形領域の中心点（重心点）はステップＳ５２で求めた特定中心点であり、その中心点のＸＹ座標は中心点Ｘ座標及び中心点Ｙ座標であり、その矩形領域の辺長は、ステップＳ７１で読み込んだ辺長情報の値に補正値βを加算して得られた値である。なお、矩形領域の外縁上の各点はＸＹ座標によって表され、矩形領域の外縁はＸＹ座標の範囲によって表されている。

次に、演算処理装置１１は、回転角θ（但し、θは変数である）として初期値θ0（具体的には、θ0＝０°）を設定する（ステップＳ７３）。
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ７３で設定した矩形領域を、特定中心点を通る回転軸（その回転軸はＺ軸に平行である）回りに回転角θだけ回転させる（ステップＳ７４）。ここで、図２０に示す矩形領域４５は特定中心点を通る回転軸回りに回転されたものである。
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ５１で抽出した柱頭部の点群４１の各点のＸＹ座標と、矩形領域の外縁を表すＸＹ座標の範囲とを対比することによって（この際、Ｚ座標は捨象する）、ステップＳ５１で抽出した柱頭部の点群４１中から、ステップＳ７４で回転させた矩形領域の外縁の内側にある点を抽出する（ステップＳ７５）。

次に、演算処理装置１１は、ステップＳ７５で抽出した点のＺ座標の平均値を算出する（ステップＳ７６）。
次に、演算処理装置１１は、回転角θと、ステップＳ７６で算出した点のＺ座標の平均値とを対応付けて記憶する（ステップＳ７７）。

次に、演算処理装置１１は、回転角θに所定の変量Δθ（但しΔθ＞０であり、例えばΔθ＝１°である）を加算することによって回転角θを更新し（ステップＳ７８）、更新後の回転角θと所定閾値β（例えばβ＝３６０°）とを比較する（ステップＳ７９）。その比較の結果、更新後の回転角θが所定閾値β以下である場合（ステップＳ７９：ＮＯ）、演算処理装置１１の処理がステップＳ７４に戻って、演算処理装置１１が更新後の回転角θに関して同様にステップＳ７４〜Ｓ７８の処理を実行する。こうして、演算処理装置１１は、更新後の回転角θが所定閾値βを超えるまで（ステップＳ７９：ＹＥＳ）、上述のステップＳ７４〜Ｓ７９の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ７４〜Ｓ７９の処理が繰り返し実行されることによって、回転角θのデータ列と、回転角θに対応付けられたＺ座標の平均値のデータ列とが図２１に示すように生成される。そして、演算処理装置１１は、Ｚ座標の平均値のデータ列の中から最大値（極大値）を特定するとともに、その最大値に対応する回転角θを特定する（ステップＳ８０）。
ここで、柱頭部以外の点群の点は柱頭部の点群４１の点よりもＺ座標が小さい。また、ステップＳ７３で設定した矩形領域が柱頭部の点群４１の外形を構成する矩形柱の外周面に合致していくほど、その矩形領域に含まれる柱頭部以外の点群の点の数が少なくなる傾向にある。よって、ステップＳ７３で設定した矩形領域が柱頭部の点群４１の外形を構成する矩形柱の外周面に最も合致した場合には、その矩形領域内に配される点のＺ座標の平均値が最も大きくなる。よって、Ｚ座標の平均値のデータ列の中で最大平均値に対応する回転角θは、実際の工事現場における柱の各柱面の向きに相当する。

３−４． ステップＳ５４：記録及び表示
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ５２で算出した柱頭部の点群４１のＸ座標の平均値（中心点Ｘ座標）と、ステップＳ５２で算出した柱頭部の点群４１のＹ座標の平均値（中心点Ｙ座標）と、ステップＳ８０で特定した最大値（Ｚ座標の平均値のデータ列の中での最大値）と、その最大値に対応付けられた回転角θとを対応付けて、記憶部１４に記録する。更に、演算処理装置１１は、Ｘ座標及びＹ座標の平均値と、Ｚ座標の平均値のデータ列の中での最大値と、その最大値に対応付けられた回転角θとを表示部１３に表示させる。よって、ユーザは、表示部１３を見ることによって、Ｘ座標及びＹ座標の平均値と、Ｚ座標の平均値のデータ列の中での最大値と、その最大値に対応付けられた回転角θとを認識して取得することによって、柱の頭頂面の鉛直方向の位置及び水平方向の位置並びに各柱面の向きを計測することができる。

３−５． 別の柱の測位
その後、工事現場点群モデル４０に含まれる他の柱頭部の点群４１に対しても同様にして、上述のステップＳ５１〜Ｓ５４の処理を実行する。

４． 効果
以上説明した本発明の実施の形態によれば、長尺材測位支援装置１０を用いることにより、以下の効果が得られる。

（１） 工事現場点群モデル３０，４０が工事現場を点群で表したものであるので、実際の工事現場において各種の測量器を用いずとも、工事現場点群モデル３０，４０に含まれる点群３１，４１に基づいて実際の杭や柱の位置を計測することができる。

（２） 工事現場点群モデル３０，４０を取得しさえすれば、長尺材測位支援装置１０の演算処理装置１１の演算処理によって、実際の杭や柱の位置を計測することができる。特に、位置を計測する杭や柱の数が多いほど、実際の杭や柱の位置の計測がより省力的になる。

（３） 実際の工事現場で計測作業を行わずとも、実際の杭や柱の位置を計測することができる。

５． 変形例
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、以下のような実施の形態が考えられる。

（１） 上記実施形態では、測位対象の柱の芯が水平面に対して垂直であり、その柱の頭頂面が水平であった。それに対して、測位対象の柱の芯が水平面に対して傾斜し、その柱の頭頂面がその芯に対して直交してもよい。この場合、演算処理装置１１は、柱モデル２１Ｂの柱芯が仮想三次元空間のＸＹ平面に対して傾斜するように、柱モデル２１Ｂをモデリングする。

（２） 上記実施形態では、測位対象の長尺材が鉛直部材としての杭或いは柱であったが、水平部材としての梁であってもよい。

（３） 上記実施形態では、実際の工事現場の杭が円筒状であり、杭モデル２１Ａが円筒状であり、杭頭部の点群３１の外形が円筒状であったが、これらが矩形柱状であってもよい。その場合、上述の「３． 柱の測位方法」のように杭を測位する。

１０…長尺材測位支援装置， １１…演算処理装置， １２…入力部， １３…表示部， １４…記憶部， ２１Ａ…杭モデル， ２１Ｂ…柱モデル， ３０…工事現場点群モデル， ３１…杭頭部の点群， ４０…工事現場点群モデル， ４１…柱頭部の点群， ８０…プログラム

Claims (7)

1. 工事現場を点群により表すとともに長尺材端部の点群を含んだ工事現場点群モデルを記憶した記憶部から前記工事現場点群モデルを読み込む読込手段と、
   前記読込手段によって読み込んだ工事現場点群モデルから前記長尺材端部の点群を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段によって抽出した前記長尺材端部の点群のＸ座標の平均値及びＹ座標の平均値を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする長尺材測位支援装置。
2. 前記算出手段によって算出したＸ座標の平均値及びＹ座標の平均値を前記記憶部に記録する手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の長尺材測位支援装置。
3. 前記抽出手段によって抽出した前記長尺材端部の点群の中から長尺材端面の点群を抽出する第二抽出手段と、
   前記第二抽出手段によって抽出した前記長尺材端面の点群のＺ座標の平均値を算出する第二算出手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の長尺材測位支援装置。
4. 前記工事現場点群モデルに含まれる前記長尺材端部の点群が円筒部材端部を表したものであり、
   前記第二抽出手段が、
   前記算出手段によって算出したＸ座標の平均値及びＹ座標の平均値を中心点のＸＹ座標とした内周円及びそれよりも大径な外周円の半径を段階的に変化させつつ、前記抽出手段によって抽出した前記長尺材端部の点群のうち前記内周円と前記外周円との間に配される点のＺ座標の平均値を算出することによって、内周円及び外周円の半径とＺ座標の平均値とを対応付けたデータ列を生成するデータ列生成手段と、
   前記データ列生成手段によって生成したデータ列のうち最大の平均値に対応付けられた内周円及び外周円の半径を特定する特定手段と、
   前記抽出手段によって抽出した前記長尺材端部の点群のうち、前記特定手段により特定した半径の内周円と外周円との間に配される点を、前記長尺材端面の点群として抽出する第三抽出手段と、を有することを特徴とする請求項３に記載の長尺材測位支援装置。
5. 前記第二算出手段によって算出した前記長尺材端面の点群のＺ座標の平均値を前記記憶部に記録する手段を更に備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の長尺材測位支援装置。
6. 前記算出手段によって算出したＸ座標の平均値及びＹ座標の平均値を中心点のＸＹ座標とした矩形領域を回転させつつ、前記抽出手段によって抽出した前記長尺材端部の点群のうち前記矩形領域内に配される点のＺ座標の平均値を算出することによって、前記矩形領域の回転角とＺ座標の平均値とを対応付けたデータ列を生成するデータ列生成手段と、
   前記データ列生成手段によって生成したデータ列のうち最大の平均値を特定する第一特定手段と、
   前記第一特定手段によって特定した最大の平均値に対応付けられた回転角を特定する第二特定手段と、を更に備え、
   前記工事現場点群モデルに含まれる前記長尺材端部の点群は点対称な形状の端面を有する部材の端部を表したものであることを特徴とする請求項５に記載の長尺材測位支援装置。
7. 前記第一特定手段によって特定した最大の平均値を前記記憶部に記録するとともに、前記第二特定手段によって特定した回転角を前記記憶部に記録する手段を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の長尺材測位支援装置。